SmartOpenPark es un proyecto de extensión de las capacidades de captación de datos, monitorización, y actuación sobre un conjunto de edificios: la Escuela Politécnica de Cáceres. En concreto se están sensorizando sus zonas ajardinadas y el parque de ribera aledaño.

Se aprovecharán los sistemas desplegados dentro del proyecto SmartPoliTech para conectar más componentes, centrados en medidas sobre entornos naturales. La Escuela Politécnica linda con un parque de ribera que es el hábitat de distintas especies animales y vegetales que se pretenden monitorizar. Para ello se deben desplegar redes de sensores inalámbricos de bajo consumo y que soporten condiciones de clima exterior.

Los edificios de la Escuela Politécnica de Cáceres ya cuentan con alrededor de 300 motas de sensores desplegadas e integradas en un sistema de visualización y gestión global, basado en InfluxDB y Grafana, siguiendo filosofías de escalabilidad y de integración actuales. En este proyecto se extenderá la red y se incluirán nuevos sensores para captación de audio y vídeo, tanto para el reconocimiento de especies, como para su monitorización por parte de la población interesada. Para ello se deberán identificar los protocolos de comunicación óptimos e implementarlos sobre sensores en espacios exteriores, para los que la alimentación a baterías es un factor esencial.

Los datos se integrarán en la infraestructura ya existente, pero se deberá diseñar su forma de visualización para los datos audiovisuales (y no simplemente numéricos) para conseguir una interfaz que permita consultas sencillas y amigables. El proyecto parte de componentes ya adquiridos y de infraestructuras existentes por lo que es a priori bastante viable.

Varias fotos históricas de este parque pueden verse en blogspot. Actualmente el parque está más maduro, después de 15 años de cuidados, es una zona amplia y arbolada que disfrutamos casi todos los días.

Se espera con este proyecto contribuir al conocimiento científico y tecnológico global, así como a la concienciación de la población sobre el valor y la fragilidad del medio natural que nos rodea.

Dentro del proyecto SmartOpenPark queremos reutilizar en la medida de lo posible toda la infraestructura desplegada en otros proyectos. En concreto disponemos de la infraestructura de datos, visualización y alertas de SmartPoliTech, proyecto de dotación de equipamiento científico y tecnológico que en 2014 obtuvo más de 130.000€ de financiación FEDER y en el que participaron 47 profesores de la Escuela Politécnica.

Después del despliegue inicial del proyecto, se están continuamente incrementando sus capacidades, aumentando el número de sensores y actuadores y optimizando el sistema de recogida de datos e integración con múltiples protocolos de comunicación. Además, una pequeña parte de la infraestructura inicial no se desplegó y sirve de banco de pruebas para despliegues posteriores. En concreto disponemos de motas de sensorización con ESP8266 y baterías que estamos conectando después de añadir sensores adicionales.

Uno de nuestros fines es añadir sistemas de medida de calidad del aire con múltiples sensores de gases. En principio usaremos este completo proyecto, pensado para Arduino Pro Mini, cuyas placas hemos encargado a JLCPCB. Pero añadiremos conectividad WiFi con ESP8266, o LoRa con ESP32 a través de módulos individuales que hemos adquirido. Debemos conectarlos con la base de datos disponible (desplegada en InfluxDB) y conectada con Grafana. Y para ello generar el mensaje en formato Json con los campos elegidos para monitorizar.

Por otro lado estamos configurando RaspberryPi para hacer de cámara de fototrampeo. Para ello hay multitud de tutoriales. Ya disponíamos de varias raspberrys con sus cámaras, cables, etc. Y ya estamos aprendiendo a programarlas con Motion… Tenemos también sensores de movimiento tipo PIR para hacer más sencilla la detección de presencia.

Hemos probado, sin éxito aún, algunas cámaras de fototrampeo económicas, aunque no son la solución que buscamos ya que almacenan la información en tarjeta SD y no permiten enviarla inalámbricamente. Aún así, pueden servir de refuerzo más adelante.

Desarrollamos el proyecto por varios caminos:

• Nos hemos reunido con las personas responsables de la construcción y mantenimiento del Parque Arroyo de Cuartillo, cedido a la UEx, por la Diputación de Cáceres. En concreto nos hemos reunido con el responsable dentro de la UEx, el profesor del área de Didáctica de las Ciencias Experimentales Jose María Corrales Vázquez. Con el profesor pudimos conocer de primera mano tanto el valor natural y paisajístico del parque, con más de 60 especies distintas de árboles en una zona de ribera con aves nidificando, reptiles pequeños mamíferos; como al principal problema al que se enfrenta, que es la sequía. Además pudimos definir cuáles son a priori los sitios óptimos para avistar animales de paso.
  
• Hemos ampliado la cobertura de la red WiFi institucional de la UEx a espacios de exteriores dentro del Parque Arroyo Cuartillo, relativamente lejanos de los edificios principales de la Escuela Politécnica. Para ello hemos contado con el apoyo del Vicerrectorado de Transformación Digital, el Servicio de Informática y Comunicaciones y el Servicio de Protección de Datos de la UEx. Con su ayuda hemos desplegado una nueva red de datos WiFi con cobertura hasta la parte central del parque. Utilizándose, sería además posible aumentar la cobertura utilizando repetidores colocados en el parque. De momento la cobertura que nos aporta es más que suficiente para continuar con los desarrollos. La nueva red permanece oculta y protegida adecuadamente para posibilitar la siguiente fase.
  
• Hemos integrado las medidas de sensores diferentes en la infraestructura disponible en SmartPoliTech, que se basa en el envío de mensajes desde distintos soportes y protocolos a una base de datos de series temporales usando InfluxDB. La visualización de los datos se hace usando Grafana y tomando como fuentes los datos recopilados por InfluxDB. Hemos definido la nomenclatura de los nuevos espacios y sensores que se incluirán. Utilizamos para el envío de datos distintos protocolos, como Wifi y Lora, también desplegada en la EPCC. Puede verse una muestra del resultado en la siguiente figura y un ejemplo de códigos funcionales usando sensores reciclados basados en ESP8266, en el github del proyecto.
  
• En paralelo hemos continuado con el desarrollo de sensores propios, para la medida de la calidad del aire. Estos sensores tienen muchas aplicaciones, tanto en interiores como en exteriores, por lo que nos ha parecido importante estudiarlos y construirlos para su uso. En concreto hemos utilizado un circuito abierto ya desarrollado para posteriormente añadirle otra funcionalidades. Hemos encargado las placas de circuito impreso así como todos los componentes necesarios para el montaje de cinco unidades. El dispositivo incluye:
  • Sensor de Ozono (MQ-131).
  • Sensor de Aerosoles (ppm 2.5, modelo PMS5003).
  • Sensor de componentes volátiles MP503.
  • Sensor de CO2, modelo MH-Z19.
  • Sensor de humedad y temperatura, modelo DHT22.
  • Pantalla táctil HMI Nextion de 4.5’’.
  • Módulo de reloj de tiempo real (RTC), modelo DS-3231.
  • Registro de series de datos y visualización por pantalla táctil HMI.
    Los dispositivos se encuentran funcionando tanto con la pantalla táctil, como con módulos de conexión inalámbricos, lo cual permite mandar los datos en remoto, que es nuestro objetivo principal. Además debemos incorporar la posibilidad de alimentación por baterías recargadas con energía solar, ya que actualmente siguen alimentados por cable USB.
    
• Hemos probado en distintas localizaciones los sensores ya hechos de fototrampeo y de captura programadas de muestras de sonidos de alta definición. En concreto instalamos cámaras de fototrampeo de bajo coste modelo en varios puntos cercanos a la ribera.Las localizaciones no fueron óptimas y tampoco teníamos la opción de envío remoto, pero se han conseguido realizar varias fotografías a distintas horas del día viendo que este tipo de cámaras, a pesar de ser económicas, tiene una buena calidad y resolución. Este tipo de cámara cuenta con varios modos de funcionamiento , pudiendo realizar solo fotografias, solo videos y fotografías y videos ( Ej: cada 10 segundos una  fotografía y  10 seg después un videos , de duración a elegir ).Hemos descubierto que tiene una gran autonomía, ya que dura más de 5 días captando fotografías sin parar cada 5 min. Nuestro propósito era que estas cámaras  hicieran fotografías y videos y al instante las mandara al móvil u otro servidor  para que pudiéramos visualizarlas en el instante, pero aún no hemos logrado realizar el envío remoto.
  
• Hemos desplegado en varios lugares las motas de sensorización de sonido AudioMoth, que cuentan con gran ancho de banda y que pueden programarse tanto para medidas periódicas, como para medidas cuando se supera cierto umbral sonoro.
• Por último se han construido estructuras cerradas de madera para realizar compost orgánico con restos biológicos, dentro del proyecto europeo Erasmus+ ESCUTA. Estas composteras serán sensorizadas para medir su temperatura en varios puntos, la humedad en el interior, y el peso de materia orgánica introducida en cada toma. Hasta octubre de 2022 se ha construído una pareja junto al invernadero de la Facultad de Educación en Cáceres y se ha comenzado la construcción de tres composteras más y un almacén de residuo seco dentro del Parque Arroyo de Cuartillo, junto a la EPCC.
  

Como parte muy conveniente para el desarrollo, hemos recibido formación sobre despliegue de infraestructuras de Internet de las Cosas utilizando software abierto y servicios software en contenedores (Docker). En concreto hemos asistido a un curso de tres jornadas organizado por el fablab Smart Open Lab, dentro del ciclo de cursos para la dinamización de la Red Circular Fab, de la Diputación de Cáceres. El curso, impartido por Ignacio Diestro Gil, ingeniero en Telecomunicaciones, sirvió para definir y afianzar a través de la práctica conceptos imprescindibles al manejar redes de sensores. Pueden verse los materiales generados aquí, y también los videos de las sesiones aquí. En el curso se explican y despliegan todos los niveles necesarios de programación, comunicación y control – desde el sensor, hasta la acción de control automática – para un despliegue sencillo de sensores utilizando mqtt como protocolo de comunicación.

De momento no hemos gastado prácticamente nada en materiales. Todos los materiales han sido reciclados o de muy bajo coste.

El gasto principal hasta el momento ha sido en tornillería y herrajes para las composteras dentro del proyecto Erasmus+ ESCUTA: Transnational University Community Social Entrepreneurship-Azores).

El proyecto ha supuesto varios avances significativos en la ampliación de las posibilidades de monitorización del proyecto SmartPoliTech.

Hemos ampliado la cobertura WiFi institucional; estamos respetando la Ley Orgánica de Protección de Datos, avisando de la colocación de sensores; hemos desarrollado y fabricado nuevos sistemas de monitorización de la calidad del aire; hemos probado sistemas de captación audiovisual y detección de especies animales; y los estamos aplicando a espacios reales con uso cotidiano.

Seguiremos incidiendo en el parque en el futuro próximo monitorizando el estado de más variables. En concreto estamos acabando varias composteras más que llevarán tanto sensores de humedad y temperatura, como de peso, para monitorizar y gestionar la producción de fertilizante.

Además en el futuro próximo alimentaremos los sensores con placas solares, que ya están colocadas en distintos lugares del parque. Mejoraremos su desempeño en la intemperie y su rendimiento en términos de consumo. Además observaremos cuáles son indicadores de calidad de señal y de pérdida de paquetes de datos.

Aunque este es un proyecto de largo recorrido, la aportación del Premio de la Cátedra Telefónica puede considerarse fundamental, ya que ha permitido varios avances que darán frutos a corto y medio plazo. Agradecemos su apoyo.

Antonio Gordillo (anto@unex.es)

Álvaro García Domínguez (agarciatj@alumnos.unex.es)

José Antonio Parejo González (jparejoa@alumnos.unex.es)

Antonio Pablos Gato (apablosg@alumnos.unex.es)

Jesús Jiménez Moreno (jesusjm@unex.es)